[发明专利]一种基于相场法分析的含电极铁电单晶有限元预测方法

摘要

本发明公开了一种基于相场法分析的含电极铁电单晶在力‑电‑热多场耦合作用下的有限元预测方法，包括以下步骤基于Landau理论和扩散界面模型建立多场耦合的新相场模型；运用ANSYS有限元软件，得到含电极铁电单晶的模型建模和网格划分，取出节点信息和单元信息；导入得到的节点信息、单元信息以及考虑的不同边界条件信息，利用FEAP快速求解器实现了含电极铁电单晶力‑电‑热耦合非线性问题的求解；将FEAP有限元求解得到的场变量导入至Fortran编写的后处理程序中，运用TECPLOT软件得到可视化场变量结果。本发明的方法不仅过程简单，而且具有良好的适应性与稳定性，可开发成商用有限元程序以灵活适应问题的变化。

主权项

一种基于相场法分析的含电极铁电单晶有限元预测方法，其特征在于它包括以下步骤：步骤一：基于Landau理论和扩散界面模型给出的自由能表达式和畴壁能表达式，采用自发极化作为第一序参量，结合Ginzburg‑Landau方程和力学平衡方程，将柔性电极模拟为具有三维尺寸的楔型裂纹，电极周围的电畴相互作用，相互交换能量，达到平衡状态，以此建立多场耦合的新相场模型；在步骤一中，采用自发极化作为第一序参量，为与将系统总能量表示时间相关的序参数的函数，引入Micro‑force系统，基于热力学第二定律Clausius‑Duhem不等式推导出基于时间的Ginzburg‑Landau方程，微结构的实时演化过程可通过解与序参数相关的运动学方程获得，最终系统的平衡位置就是系统总能量取最小值时所处的状态；步骤二：运用ANSYS有限元软件，得到含电极铁电单晶的模型建模和网格划分，取出节点信息和单元信息；在步骤二中，运用ANSYS有限元软件，将柔性电极模拟为具有三维尺寸的楔型裂纹，在电极尖端附近进行两次网格细化处理，得到含电极铁电单晶的模型建模和网格划分，取出节点信息和单元信息；步骤三：通过FORTRAN编写了一个完整的八节点等参元铁电单元程序，导入得到的节点信息、单元信息以及考虑的不同边界条件信息，利用FEAP快速求解器实现了含电极铁电单晶力‑电‑热耦合问题的求解；步骤四：将FEAP有限元求解得到的场变量导入至Fortran编写的后处理程序中，运用TECPLOT软件得到可视化场变量结果。